Wening Dwi Prastiwi 1), Khoironni Devi Maulana 1), Emas Agus Prastyo Wibowo 1), Navela Rahma Aji 1), Atik Setyani 1)
1)
Program Studi Kimia, FMIPA Universitas Negeri Semarang
e-mail: weningdwiprastiwi@gmail.com; dm.khoironni@students.unnes.ac.id;emasagus@ymail.com; rahmanavela@gmail.com; setyaniatikatric@gmail.com
ABSTRAK
Air merupakan kebutuhan yang terpenting dalam kehidupan manusia. Air berperan banyak dalam berbagai kegiatan manusia oleh karena itu kandungan yang ada di air harus bermanfaat bagi manusia. Banyak kandungan yang terdapat di air yang sangat bermanfaat, tetapi bayak juga kandungan air yang mungkin tidak bermanfaat bahkan bahaya jika digunakan oleh manusia, salah satunya yaitu kandungan logam berat terutama Fe (besi). Sehingga tujuan pada penelitian ini untuk mengetahui penurunan kadar Fe (besi) dalam air sumur yang di lakukan dengan fotokimia dengan TiO2 dan SiO2 serta dapat mengidentifikasi karakteristik dari TiO2 dan SiO2. Sampel yang
digunakan yaitu air sumur 300 m dibagi menjadi tiga masing-masing 100 ml dengan perlakuan yang berbeda. Pada sampel 100 ml pertama tidak diberikan perlakuan dan juga penambahan. Sampel 100 ml kedua diperlakukan dengan penambahan SiO2 dan pengadukan selama 1 jam, dan
untuk sampel 100 ml ketiga diperlakukan dengan penambahan TiO2 dan pengadukan selama 1
jam. Ketiga sampel dengan perlakuan yang berbeda tersebut di analisis dengan menggunakan AAS (Atomic Absorption Spectroscopy) di Laboratorium Kimia Universitas Negeri Semarang. Hasil penelitian Analisis menggunakan AAS (Atomic Absorption Spectroscopy) menunjukkan hasil kadar Fe meningkat pada saat penambahan SiO2 dan TiO2 terhadap sampel yang tidak
mendapatkan perlakuan tambahan. kadar Fe pada sampel yang tanpa penambahan sebanyak 0,206 mg/L, kemudian kadar Fe pada sampel yang ditambahkan SiO2 sebenyak 0,225 mg/L, dan kadar
Fe pada sampel dengan penambahan TiO2 sebanyak 0,214 mg/L. Hal ini dikarenakan bentuk TiO2
dan SiO2 berupa suspensi. Kelemahan sistem suspensi ini adalah pemisahan partikel TiO2
memerlukan waktu yang lama dan biaya yang sangat mahal,serta daya tembus sinar sinar UV yang terbatas karena absorbsi yang kuat oleh TiO2 (efek bayangan) dan spesies organik terlarut.
Kata Kunci: air sumur, TiO2, SiO2, Logam besi (Fe).
SYNTHESIS AND CHARACTERISTICS OF TiO2 AND SiO2 APPLICATION
TOWARD LEVELS OF Fe IN THE WELL WATER
ABSTRACT
Water is the most important need in human life. Also, water has many contributions in many human activities. Therefore, the existing content in the water must be beneficial for human. However, material contained in water may be beneficial yet dangerous for human as well, for instance heavy metals content, especially Fe (iron). The main objective of this study is to determine decreasing levels of Fe (iron) in the well water that is done by photochemical reaction using TiO2 and SiO2, and identify the characteristics of TiO2 and SiO2. Samples of well water
used is 300 ml divided into three part, and every part of 100 ml water will be given different treatment. First 100 mL sample is not given any treatment and addition. Second 100 mL samples treated with the addition of SiO2 and stirring for an hour, and the third sample of 100 mL is
treated with the addition of TiO2 and stirring for an hour. All of three samples with different
treatments are analyzed using AAS (Atomic Absorption Spectroscopy) in the Chemistry Laboratory Semarang State University. The research result of analysis using AAS (Atomic Absorption Spectroscopy) shows Fe content increased as the addition of SiO2 and TiO2 in the
samples than the sample without any additional treatment. Fe content in the sample without addition is 0.206 mg/L, while Fe content in the sample with addition of SiO2 is 0.225 mg/L, and
and SiO2 is a suspension. The weakness of this suspension system is the TiO2 particle separation
takes a long time, very expensive, and also limited UV rays penetrating power because of the strong absorption by TiO2 (shadow effect) and may dissolved organic species.
Keywords: well water, TiO2, SiO2, metals iron (Fe).
PENDAHULUAN
Air tanah adalah air yang terdapat di bawah permukaan tanah dalam lajur jenuh air. Lajur jenuh air ini merupakan lapisan tanah atau batuan yang mempunyai ruangan atau celahan di dalamnya, karena ruangannya saling berhubungan maka air yang terdapat di dalamnya dapat bergerak dan mengalir. Keterdapatan air di samping dari distribusi PDAM setempat terdapat juga air hujan, air sungai dan sebaran sumur galian.
Manusia membutuhkan air dalam semua aspek kehidupan, untuk memasak, mandi, mencuci dan kebutuhan lainnya. Secara biologis air berperan pada semua proses dalam tubuh manusia, misalnya pencernaan, metabolisme, transportasi, mengatur keseimbangan suhu tubuh (Rahayu, 2004).
Dalam aliran air tanah, mineral-mineral dapat larut dan terbawa sehingga mengubah kualitas air tersebut. Air tanah sering mengandung unsur-unsur logam berat yang menyebabkan air berwarna kuning kecoklatan dan bercak-bercak pada pakaian serta dapat mengganggu kesehatan, yaitu bersifat toksis terhadap organ melalui gangguan secara fisiologisnya, misalnya kerusakan hati, ginjal dan syaraf. Jika kita mengkonsumsi air minum secara terus menerus dengan kandungan mangan, besi, magnesium, kalsium dalam jumlah melebihi baku mutu air maka dimungkinkan adanya akumulasi logam tersebut dalam tubuh. Oleh karena itu penulis mencoba melakukan metode fotokatalis TiO2 dan SiO2 untuk
mengetahui perbandingan banyaknya logam berat terutama besi (Fe) yang terkandung dalam air sumur setelah melakukan metode fotokatalis.
Fotokatalis adalah reaksi kimia yang berjalan dengan bantuan katalis dan katalis tersebut aktif ketika disinari cahaya matahari. Teknologi ini merupakan salah satu metode yang digunakan untuk pengolahan limbah cair. Proses ini dapat juga disebut proses oksidasi berkelanjutan
yang cocok untuk mengoksidasi zat warna. Proses oksidasi berkelanjutan ini berdasarkan pada pembentukan radikal hidroksi (OH ) yang merupakan oksidator kuat yang dapat mempromosikan mineralisasi total pada polutan organik (Faisal et al., 2007; Saquib et al., 2008; Singh et al., 2008; Silviyanti, I., 2012; 7XVVD¶DGDK GDQ $VWXWL
Untuk mengaktifkan katalis TiO2
dibutuhkan energi foton dengan panjang gelombang yang kecil. Material fotokatalis yang banyak menjadi fokus riset para peneliti dunia adalah Titanium Dioksida (TiO2). TiO2 merupakan senyawa dioksida
berwarna putih yang tahan karat dan tidak beracun dan juga merupakan salah satu katalis yang paling stabil, paling sering digunakan dibandingkan dengan katalis lainnya (Abdullah, 2011). Semikonduktor fotokatalisis menggunakan TiO2 sebagai
fotokatalis telah dilakukan untuk memecahkan berbagai masalah lingkungan, antara lain untuk pemurnian air dan udara, destruksi mikroorganisme seperti bakteri dan virus dalam aktivasi sel kanker, degradasi zat warna dan senyawa kimia beracun serta pembuatan gas hidrogen dari air (Rahmawati
et al., 2008).
Silika amorf memiliki densitas yang rendah sehingga dapat dimanfaatkan sebagai pendukung fotokatalis TiO2 menjadi
fotokatalis TiO2-SiO2 bertujuan untuk
meningkatkan efektifitas fotokatalisis dari TiO2. Pada fotokatalisis akan terjadi proses
fotoreduksi dan fotooksidasi. (Farisa N Puri, 2014) telah berhasil membuat fotokatalis TiO2-SiO2 dengan silika hasil ekstraksi dari
pasir kuarsa dan diaplikasikan untuk menurunkan kadar logam kromium (VI) hingga penurunan kadar mencapai 92,24%.
Penggunaan TiO2 dalam bentuk
suspensi menunjukkan bahwa senyawa intemediet ataupun produk yang bersifat tosik daoat diuraikan. Namun kelemahan sistem suspensi ini adalah pemisahan partikel TiO2 memerlukan waktu yang lama
dan biaya yang sangat mahal,serta daya tembus sinar sinar UV yang terbatas karena
absorbsi yang kuat oleh TiO2 (efek
bayangan) dan spesies organik terlarut. Beberapa peneliti telah mencoba mengurangi kelemahan sistem suspensi tersebut dengan cara melakukan imobilisasi TiO2 pada
bermacam-macam material penyangga, di antaranya fiber glass, karbon aktif, silica rubber dan plat titanium. Cara ini memiliki keunggulan, yaitu dapat mengurangi masalah pemisahan partikel katalis, sehingga dapat digunakan dalam sistem kontinyu (Bahnemann et al., 2002), (Wibowo et al., 2016).
Berdasarkan latar belakang tersebut, SHQHOLWL PHQJDQJNDW MXGXO ³ 6LQWHVLV GDQ Karakterisasi Fotokatalis TiO2 dan SiO2
WHUKDGDS $LU 6XPXU´ METODE PENELITIAN
Metode yang digunakan adalah metode kuantitatif dengan analisis AAS
(Atomic Absorption Spectroscopy). Metode Pengumpulan Data
Metode pengumpulan data menggunakan metode eksperimen untuk menganalisis air sumur yang belum dan yang sudah diperlakukan dengan penambahan SiO2 dan TiO2. Sampel dalam penelitian ini
adalah air sumur sebanyak 300 ml. Variabel yang diteliti adalah kadar logam berat Fe (besi). Jalannya penelitian yaitu menganalisis kadar logam berat Fe (besi) dalam air sumur sebelum diberi perlakuan dan penambahan SiO2 dan TiO2. Kemudian
air sumur ditambahakan SiO2 pada sampel
kedua dan penambahan TiO2 pada sampel
ketiga sebanyak 0,1 gram. Proses pengadukan masing-masing dilakukan selama 1 jam sampai SiO2 dan TiO2 larut
sempurna dalam air sumur. Setelah larut, larutan dimasukkan ke dalam botol kaca. Metode Analisis Data
Metode analisis data menggunakan analisis AAS (Atomic Absorption
Spectroscopy) di Laboratorium Kimia
FMIPA Unnes. Analisis AAS (Atomic Absorption Spectroscopy) dipilih karena mudah untuk mengetahui kadar logam berat pada sampel air sumur. Melalui analisis AAS
(Atomic Absorption Spectroscopy) dapat diketahui kadar logam berat Fe (besi) dalam air sumur dengan tingkat ketelitian yang baik.
HASIL DAN PEMBAHASAN Karakterisasi TiO2 dan SiO2
Gambar 1. Uji Kristalinitas (a) TiO2
Menggunakan XRD
Pola refleksi pada difaktogram komposit TiO2 ditunjukkan pada 2à sebesar 25,31;
38,58; 48,34; 53,91; 62,72 yang merupakan ciri difraksi dari bidang kristal 101, 004, 200, 105 dan 204 TiO2 anatase (A) sesuai dengan
JCPDS No.21-1272 (Saraswati dan Nugraha, 2014) (Gambar 1).
Gambar 2. Morfologi SEM TiO2
Perbesaran 1000 X (Karakterisasi di LIPI Metalurgi)
Berdasarkan hasil SEM (Scanning
Electron Microscopy) di atas dapat
disimpulkan bahwa: Pada Gambar 2 dan 3, perbesaran SEM 1000 x dan 20000x terlihat bahwa material terlapis pada gambar 2 belum bagus dan masih menggumpal dan belum merata. Hal ini dikarenakan pengadukan yang kurang lama dan waktu aging yang hanya sebentar yang akan mempengaruhi struktur morfologi TiO2 yang
dihasilkan. Sedangkan pada Gambar 3 material SiO2 dari jerami padi sudah merata.
Gambar 3. Morfologi SEM SiO2
Perbesaran 20000 X (Karakterisasi di Institut Teknologi Bandung)
Hasil Analisis Kadar Fe dalam air sumur Fotokatalitik merupakan kombinasi proses fotokimia dan katalitik. Dalam hal ini diperlukan cahaya dan katalis untuk melangsungkan (mempercepat) transformasi kimia . Katalis pada proses ini lebih khas disebut sebagai fotokatalis dan memiliki kemampuan mengabsorb foton. Dengan demikian fotokatalitik dapat pula didefinisikan sebagai suatu proses yang terjadi berdasarkan pada kemampuan ganda dari suatu fotokatalis untuk mengabsorsi foton secara bersamaan.Beberapa semikonduktor seperti ZnO, TiO2, GaP, CdS,
SiC dan lain-lain dapat digunakan dalam reaksi fotokatalitik. Namun hingga saat ini TiO2 merupakan material yang dianggap
paling cocok digunakan untuk aplikasi lingkungan secara luas. Hal ini disebabkan TiO2 bersifat inert baik secara kimia maupun
biologi,tidak beracun,stabil terhadap korosi, serta harganya relatif murah (Andayani et al., 2001)
Air sumur adalah air tanah dangkal sampai kedalaman kurang dari 30 meter, air sumur umumnya pada kedalaman 15 meter dan dinamakan juga sebagai air tanah bebas karena lapisan air tanah tersebut tidak b erada di dalam tekanan.Untuk memenuhi kebutuhan air sumur yang bersih terdapat tiga parameter yaitu parameter fisik yang meliputi bau, rasa, warna dan kekeruhan.Parameter kedua adalah parameter kimia yang meliputi kimia organik
dan kimia anorganik yang mengandung logam seperti Fe, Cu, Ca dan lain-lain. Parameter ketiga adalah parameter bakteriologi yang terdiri dari koliform fekal dan koliform total (Waluyo, L, 2004)
Tabel 1: AAS (Atomic Absorption Spectroscopy)
Sampel Analyte Mean Tanpa perlakuan Fe 248,33 0,206 mg/L Penambahan SiO2 Fe 248,33 0,225 mg/L Penambahan TiO2 Fe 248,33 0,214 mg/L Berdasarkan uji AAS (Atomic Absorption Spectroscopy) yang telah dilakukan di Laboratorium Jurusan Kimia FMIPA Univeritar Negeri Semarang yaitu pada air sumur asli yang tidak ada penambahan mengandung kadar logam sebanyak 0,206 mg/L, kemudian pada sampel air sumur yang di fotokatalis dengan SiO2 kadar logam Fe (besi) sebanyak 0,225
mg/L, dan sedangkan pada sampel ketiga yang difotokatalis dengan TiO2 memiliki
kadar logam sebanyak 0,14 mg/L. Dengan hasil yang tersebut hal ini dapat diketahui bahwa perlakuan fotokatalis dengan SiO2
dan TiO2 pada air sumur menyebabkan
kenaikan kadar logam Fe (besi) semakin meningkat. Pada fotokatalis menggunkan TiO2 meningkat sebesar 0,008 mg/L dari air
sumur yang tanpa perlakuan. Sedangkan pada fotokatalis menggunakan SiO2
meningkat dengan signifikan sebesar 0,019 mg/L dari air sumur yang tanpa perlakuan. Terjadinya peningkatan kadar Fe (besi) pada saat dilakukan perlakuan fotokatalis dengan SiO2 dan TiO2 ini disebabkan karena pada
serbuk SiO2 dan TiO2 ini memiliki
kandungan Fe (besi) dalam jumlah yang tidak begitu besar. Dari peningkatan yang signifikan setelah perlakuan fotokatalis dngan perbandingan air sumur yang tanpa perlakuan hal ini dapat ditarik satu hasil yaitu karakteristik SiO2 dan TiO2 melalui
sintesis terhadap air sumur bisa menambah kadar Fe (besi) . This is because a high TiO2
and SiO2 aggregation occurs and decrease
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa penambahan SiO2 dan
TiO2 dapat meningkatkan kadar Fe (besi)
dalam air sumur berdasarkan analisis Setelah dilakukan analisis AAS (Atomic Absorption Spectroscopy) diperoleh kadar Fe (besi) saat penambahan SiO2 sebesar 0,225
mg/L sedangkan penambahan TiO2 sebesar
0,214 mg/L. Penelitian ini menunjukkan bahwa sintesis SiO2 dan TiO2 terhadap air
sumur. Penelitian ini masih menggunakan teknik pengadukan manual dengan tangan sehingga untuk ke depannya dapat lebih dikembangkan lagi.
Ucapan Terima Kasih
Ucapan terima kasih kepada Emas Agus Prastyo Wibowo selaku pembimbing penelitian dan pihak Laboratorium Kimia Universitas Negeri Semarang sebagai penyedia fasilitas analisis AAS (Atomic Absorption Spectroscopy).
DAFTAR PUSTAKA
Abdullah, M., Arutanti, O., Isnaeni, V.A., Fitria, I. Amalia., Maturi, A.H. dan Khairurijjal. 2011. Pengolahan Air Limbah dengan Material Struktur Nanometer, Jurnal Seminar Kontribusi Fisika, INV05.
Andayani, W., 2001. Degradasi Pentaklorofenol Dalam Air Secara Fotokatalitik Dengan Tio2 Yang Diimobilisasikan Pada Logam Titanium: Evolusi Senyawa Intermediet. Tesis Magister Ilmu Kimia. Program Pasca Sarjana FMIPA UI.
Bahnemann, D.W., Kholuiskaya, S.N., Dillert, R., Kulak, A.I, And Kokorin, A.I., Acid Catalyzed By Nanosized TiO2 articles. Applied Catalysis B : Enviromental, 36: 161-169.
Faisal, M.,Abu Tariq, M., Muneer, M. 2007. Photocatalysed Defradation of Two Selected Dyes in UV-Irradated Aqueous Suspensions ot Titania. Dyes and Pigments, 72: 233-239.
Rahayu, T. 2004. Karakteristik Air Sumur Dangkal di Wilayah Kartasura dan Upaya Penjernihannya. Jurnal Penelitian Sains & Teknologi, 5(2): 104-124.
Rahmawati, F., Wahyuningsih, S., dan Handayani, N. 2008. Modifikasi Permukaan Lapisan Tipis Semikonduktor TiO2 Bersubstrat
Grafit dengan Elektrodeposisi Cu.
Jurnal Kimia, 8(3): 331-336.
Saquib,M., Abu T.M., Haque, M.M., Munee, M. 2008. Photocatalytic Degradation of Disperse Blue 1 Using UV/TiO2/H2O2 Process. Journal of Environment Management, 88: 300-306.
Silviyanti, I. 2012. Pengolahan Zat Warna Tekstil Jingga Metil Menggunakan Bentonit Terpilar TiO2. Skripsi.
Jurusan Kimia Universitas Airlangga. Singh, H.K., Saquib, M., Haque, M.M.,
Muneer, M. 2008. Heterogeneous Photocatalysed Decolorization of Two Selected Dye Derivatives Neutral Res and Toluidine Blue In Aqueous Suspensions. Journal of Chemistry Engineering, 136: 77-81.
7XVVD¶DGDK GDQ $VWXWL 6LQWHVLV
Material Fotokatalis TiO2 untuk
Penjernihan Limbah Tekstil. Jurnal Fisika Unand 4(1): 91-96.
Waluyo, L. 2004. Mikrobiologi Umum. Malang : UMM Press. Halaman 109,134,132,142 -152,175-176
Aji, N. R., Wibowo, E. A. P., Ujiningtyas, R., Wirasti, H., & Widiarti, N. (2016). Sintesis Komposit TiO2-Bentonit dan
Aplikasinya untuk Penurunan BOD dan COD Air Embung UNNES. Jurnal Kimia VALENSI, 2(2), 114-119.
